数字音频处理器的原理及使用方法

张宝文

【摘要】本文就音頻处理器的原理及如何合理有效地使用音频处理器进行了阐述。

【关键词】数字音频处理;多频段压缩;削波失真;响度

随着科学技术的不断发展，广播节目从采编、制作到传播、发送，都使用了先进的技术设备，节目的质量也大为提高。音频处理器就是广播传输系统环节中关键设备之一，它对播音质量的影响起了一定举足轻重的作用。一般情况下，广播技术人员关心的主要是发送天线与网络的匹配情况，广播发射机的三大技术指标以及音频光信号在传输过程中的噪音和衰耗问题，而常常忽视音频处理器的工作或设置的状况，现根据我们在实际工作中的一些使用经验，和大家探讨一下如何合理地掌握和使用音频处理器的方法。

1. 数字音频处理器的工作原理和使用要求

以10千瓦DAM中波发射机为例，发射机的数字音频处理系统主要由音频处理器板、模拟输入（有浮动载波的）板、模数转换器板、循环调制编码板、直流稳压电源板等组成。由音频处理器板将输入的600Ω平衡音频信号加以处理（主要完成音频限幅）后送入模拟输入板，经过模拟输入板将压缩（限幅）后的音频信号进一步处理，将一个含有直流分量的音频信号送给模数转换板（直流分量决定发射机的载波功率，音频分量决定发射机的调幅度）和直流稳压电源（B-电源）板。该信号经模数转换后形成一个12位的数字音频信号并经循环调制编码板编码后产生48个功放单元的开关信号。模数转换板还产生一个大台阶同步信号去控制模拟输入板上的抖动信号发生器，使系统的噪声最小。

1.1 数字音频处理器的基本原理

我们现使用的数字音频处理器板，能借助减小动态范围的方法来抑制噪声，该电路由音频阻抗变换器、压缩器、窗口比较器、线性检波器、音频放大器、低通滤波器和输出阻抗变换器等几部分组成。在性质上包括了对节目信号的压缩、峰值限制与削波、多频段压缩和频率可选择的限制及均衡功效。U8（NE570）与和它相关的器件组成压缩器，压缩是一种降低声音动态范围的处理方式，它的作用是在输入信号小于门限值（起限电平）时放大，而信号超过时使输出幅度恒定。U8是一个增益可变的运算放大器，使它增益改变的原因是在U8-16脚有了控制电压，该电压是由窗口比较器检测到越限的音频信号产生脉冲信号经线性检波器后得到的。压缩后的音频信号由放大器（U2）放大后送入低通滤波器。W3是起限后的音频信号输出调节电位器，它决定了发射机的最大调幅度。低通滤波器的频带为30～10000Hz。低通滤波器输出的信号送给两个输出阻抗变换器（U4、U5和U6、U7），一路输出到模拟输入板作为它的音频输入信号，另一路作为备用。

音频处理还将音频频谱划分为几个频段，并对每个频段分别进行压缩和限制。这就是所谓的“多频段压缩和可选择的限制”，如果设置正确、合理，将会有效消除频谱增益的互调。

1.2 对音频处理板的调试和要求：

在广播节目中，音频信号的响度，是通过减小动态音频中“峰值”对“平均值”的比值（峰/平比值）来提高的。就是说在允许的调制范围内，如果峰值减小了，平均值就能够增加。故在调试时，必须用自动音频测试仪将600Ω平衡、1KZ、0dB音频信号送入J2-3上，用示波器测量U1-6应有正弦波输出;调整W1，刚好产生负脉冲，且应有0.8～1V起限电压;增加音频信号至+20dB，参考电压应为2.8V，且示波器的输出幅度应无明显变化。总之对音频进行调试的主要目的，是在符合峰值调制的限制范围内，尽量增加主观感觉的响度效果体现。

2. 合理使用音频处理器的手段

广播节目音频处理好与坏，要由它的实际效果来判断。如果广播的播音效果能被听众接受，这种处理方式就认为是比较满意的。对此，在实际工作中我们没有简单的将音频处理器只当作一种音频工具设备，而是从其原理出发，结合实际使用的工作机理状况，充分挖掘其潜在优势，更有效合理地发挥其效能，我们做了如下三个方面的工作：

2.1 保持信号不失真的传输

在中波广播发射机前端，被音频处理器高度处理过的音频信号中，会含有不少类似方波的平顶波形。方波的波形对它所经过的传输通路的幅度和相位响应要求是比较高的。原理上讲，在节目主能量的频率范围中，若平坦的幅度和群时延发生偏差，必将造成已处理过的信号平坦顶部倾斜，从而只增加了峰值调制电压，此时平均电平并不增加。从峰/平比值看出，将意味着减小了该通路的平均电平，因而响度就会被相应减弱。对此，要保持处理后信号波形的原形，我们首先采用的方法是，在传输信号电缆的使用上，选择质量上乘，特性优良的传输电缆，要求其分布参数小、频带宽、采用线径粗、衰耗小，屏蔽好的无氧铜芯传输线。其次，在传输连接中，不添加任何附加设备及分支部件。

2.2 音频处理器在系统中摆放的位置

为了有效的保护被音频处理器进行了峰值限制的波形，尽可能不在音频处理器连接到发射机的过程中发生改变，应将音频处理器越靠近发射机放置越好。

2.3 音频处理系统设置技术

我们启用了音频处理器装在慢动AGC与多频段压缩器之间的频率均衡处理组件，用它来补偿中波广播信号典型存在的音频频响不佳的状况。并适当地提升600HZ-1.2KHZ声音能量在整个音频频谱中的分布。我们还使用了音频处理器上称为的“抵削失真”装置，用它来提供绝对的负峰值控制，防止了音频信号溢波，以消除听众最可能听得见的一些频段中的失真。

音频处理器的技术指标为：失真≤0.5%;频响≤0.5dB;噪声优于70dB。